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隨著半導(dǎo)體工藝逼近物理極限，摩爾定律的“失效”已成行業(yè)共識。臺積電（TSMC）和三星的3nm/2nm節(jié)點(diǎn)雖持續(xù)推進(jìn)，但晶體管微縮帶來的性能提升邊際效應(yīng)顯著減弱，同時研發(fā)和制造成本飆升。據(jù)IEEE統(tǒng)計(jì)，5nm芯片的設(shè)計(jì)成本已超5.4億美元，3nm工藝流片費(fèi)用較7nm增長近3倍。
當(dāng)制程微縮難以為繼，鍵合集成通過“橫向擴(kuò)展”與“垂直堆疊”重構(gòu)芯片架構(gòu)，成為后摩爾時代的技術(shù)支柱，其核心價(jià)值在于以封裝創(chuàng)新彌補(bǔ)制程停滯。
作為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體鍵合集成技術(shù)企業(yè)，青禾晶元在2025 SEMICON同期舉辦的“領(lǐng)航鍵合未來，智創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新局”線下技術(shù)革新分享會上，展示了其在高端鍵合裝備領(lǐng)域的最新突破。
打破高端鍵合設(shè)備壟斷
半導(dǎo)體鍵合技術(shù)已是材料集成、芯片制造與封裝過程中至關(guān)重要的核心環(huán)節(jié)，其精度和效率直接關(guān)系到最終芯片的性能表現(xiàn)。
然而，長期以來，高端鍵合設(shè)備市場一直被少數(shù)海外企業(yè)所壟斷。以混合鍵合設(shè)備為例，根據(jù)Besi預(yù)測，中性假設(shè)下，2030年混合鍵合系統(tǒng)累計(jì)需求預(yù)計(jì)1400臺左右。然而，全球混合鍵合設(shè)備市場目前還是由歐洲和日本公司主導(dǎo)，代表公司包括奧地利EVG、德國SUSS、荷蘭Besi、日本TEL等，中國市場自給率很低，同時客戶體驗(yàn)也不佳。
對此，在分享會上，青禾晶元創(chuàng)始人兼董事長母鳳文博士表示：“高端鍵合設(shè)備長期被海外企業(yè)壟斷，國產(chǎn)化進(jìn)程面臨技術(shù)封鎖、成本高昂和交付遲緩等挑戰(zhàn)。青禾晶元堅(jiān)定選擇自主創(chuàng)新，以核心技術(shù)突破行業(yè)壁壘，為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供高效、可靠的鍵合解決方案?！?/p>
圖 | 青禾晶元創(chuàng)始人兼董事長母鳳文博士；來源：青禾晶元
五年來，青禾晶元交出了令人矚目的成績單：攻克室溫鍵合、3D異構(gòu)集成等"卡脖子"工藝技術(shù)，打造四大核心裝備，覆蓋先進(jìn)封裝、晶圓級材料集成等前沿領(lǐng)域，2024全年訂單超30臺，積累訂單金額超過3億元。
母鳳文強(qiáng)調(diào)，破局只是起點(diǎn)，真正的價(jià)值在于賦能行業(yè)，青禾晶元的核心競爭力來自三個關(guān)鍵維度：
“首先，技術(shù)深度決定產(chǎn)業(yè)高度，青禾晶元擁有200余項(xiàng)授權(quán)專利，混合鍵合精度可以優(yōu)于100nm，常溫鍵合、熱壓鍵合等模塊化設(shè)計(jì)能夠滿足多元化需求；其次，相較進(jìn)口設(shè)備，青禾晶元產(chǎn)品具備顯著的價(jià)格優(yōu)勢，同時交付周期縮短至6-8個月，并提供全天候響應(yīng)服務(wù)；最后，生態(tài)共建引領(lǐng)行業(yè)未來，青禾晶元攜手產(chǎn)業(yè)鏈伙伴協(xié)同創(chuàng)新，與頂尖高校共育專業(yè)人才，為行業(yè)持續(xù)注入新鮮血液……”
母鳳文博士指出，半導(dǎo)體是一個長周期產(chǎn)業(yè)，而青禾晶元始終以短跑沖刺攻克技術(shù)難關(guān)，以“馬拉松精神”深耕產(chǎn)業(yè)生態(tài)。“國產(chǎn)替代只是第一步，我們的愿景是成為全球半導(dǎo)體異質(zhì)集成領(lǐng)域的引領(lǐng)者。未來青禾晶元不僅要讓中國技術(shù)站上世界舞臺，更要以創(chuàng)新重新定義鍵合技術(shù)的邊界，為全球客戶提供超越期待的價(jià)值。”他說到。
“高端裝備研發(fā)制造+精密鍵合工藝代工”雙輪驅(qū)動
對于半導(dǎo)體企業(yè)而言，創(chuàng)新是最核心的發(fā)展動力。異質(zhì)集成作為后摩爾時代的關(guān)鍵技術(shù)方向，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，而青禾晶元希望通過其在鍵合技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新，為全球客戶提供更先進(jìn)、更高效的解決方案，從而在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)領(lǐng)先地位。
青禾晶元集團(tuán)副總經(jīng)理譚向虎博士表示，青禾晶元掌握的多項(xiàng)自主可控的核心技術(shù)，是其在半導(dǎo)體異質(zhì)集成領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。
圖 | 青禾晶元集團(tuán)副總經(jīng)理譚向虎博士；來源：青禾晶元
他強(qiáng)調(diào)，依靠這些核心技術(shù)，青禾晶元構(gòu)建了“高端裝備研發(fā)制造+精密鍵合工藝代工”雙輪驅(qū)動的業(yè)務(wù)模式，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈提供全方位的解決方案。
據(jù)介紹，目前青禾晶元自主研發(fā)了一系列技術(shù)領(lǐng)先的晶圓及芯片鍵合設(shè)備，涵蓋超高真空常溫鍵合（SAB61系列）、親水/混合鍵合（SAB62、SAB82系列）、熱壓/陽極鍵合（SAB63系列）、臨時鍵合/解鍵合（SAB64系列）以及高精度TCB鍵合（SAB83系列）等，這些設(shè)備憑借其卓越的對準(zhǔn)精度（可達(dá)百納米級）和廣泛的材料兼容性，贏得了市場的廣泛認(rèn)可。此外，還提供了超原子束拋光（SAB9500系列）和膜厚修整設(shè)備（SAB9510系列），以原子級的精度對材料表面進(jìn)行精密加工，為高端應(yīng)用提供有力支撐。
圖 | 青禾晶元鍵合設(shè)備矩陣；來源：青禾晶元
除高端鍵合裝備外，青禾晶元提供了專業(yè)化鍵合工藝代工，在天津和山西建立了現(xiàn)代化的鍵合代工量產(chǎn)線，可穩(wěn)定量產(chǎn)包括SiC-SiC、LTOI、LNOI、SiCOI、SOI、Si-SiC等多種關(guān)鍵鍵合襯底，并持續(xù)優(yōu)化工藝，提升良率，滿足客戶日益增長的需求。
圖 | 青禾晶元提供鍵合代工服務(wù)；來源：青禾晶元
目前集團(tuán)已在國內(nèi)和海外構(gòu)建了完善的研發(fā)和生產(chǎn)基地，包括天津的一期和二期設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)基地、日本的海外基地，以及天津和山西的鍵合代工量產(chǎn)線。這些設(shè)施配備了先進(jìn)的潔凈間和生產(chǎn)設(shè)備，為集團(tuán)的研發(fā)、生產(chǎn)和全球化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
譚向虎博士表示：“未來，青禾晶元將繼續(xù)秉承“融合創(chuàng)新、突破邊界”的理念，不斷探索鍵合集成技術(shù)的無限可能，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的崛起貢獻(xiàn)卓越力量，共同擘畫更加美好的‘芯’未來。”
青禾晶元鍵合設(shè)備產(chǎn)品矩陣，有何特色？
隨后，青禾晶元的創(chuàng)始人團(tuán)隊(duì)分別就創(chuàng)新型鍵合設(shè)備的技術(shù)亮點(diǎn)與應(yīng)用場景展開分享。
62HB系列W2W混合鍵合設(shè)備：
采用晶圓翹曲控制技術(shù)，配備多區(qū)獨(dú)立負(fù)壓吸附系統(tǒng)，結(jié)合紅外穿透對準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于100nm超高鍵合精度；搭載智能化偏移補(bǔ)償技術(shù)，通過高精度檢測模塊與內(nèi)置算法形成閉環(huán)控制，確保穩(wěn)定的鍵合精度且全程自動化；模塊化設(shè)計(jì)集成活化、清洗、IR檢測及解鍵合等全工藝模塊，專為復(fù)雜變形晶圓的高精度混合鍵合需求打造。
82系列C2W混合鍵合設(shè)備：
配備自動更換夾具系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)0.5×0.5mm至50×50mm全尺寸兼容；通過獨(dú)創(chuàng)邊緣夾持機(jī)構(gòu)配合35μm超薄芯片處理優(yōu)化，避免正面接觸污染；集成片間同軸（最高精度優(yōu)于300nm）與紅外穿透（最高精度優(yōu)于100nm）雙對準(zhǔn)模式，結(jié)合獨(dú)創(chuàng)從下往上鍵合工藝，降低顆粒污染風(fēng)險(xiǎn)；搭載智能化偏移補(bǔ)償系統(tǒng)，配備高精度檢測模塊，與內(nèi)置算法形成閉環(huán)控制，確保量產(chǎn)鍵合精度優(yōu)于150nm。
82系列最新推出的全球首款自主研發(fā)8210CWW設(shè)備，采用高度靈活的模塊化設(shè)計(jì)，支持C2W與W2W混合鍵合工藝并行開發(fā)。該設(shè)備集成Wafer/Tapeframe活化模塊、清洗模塊、雙鍵合模式模塊（C2W+W2W）及對準(zhǔn)檢測模塊，并可選配紅外孔洞檢測與解鍵合模塊。通過共用活化、清洗及檢測模塊，顯著減少設(shè)備閑置時間，提升利用率。相較于單獨(dú)采購W2W和C2W設(shè)備，該方案可幫助客戶大大降低資金投入和占地面積，同時縮短研發(fā)轉(zhuǎn)量產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)工藝開發(fā)效率最大化。
83系列C2C/C2W倒裝鍵合設(shè)備：
集成了等離子活化模塊和氫自由基活化模塊，支持無需助焊劑的倒裝鍵合（Fluxless TCB）。氫自由基活化技術(shù)可以在180℃下實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的還原效果。金屬氧化層被還原后，鍵合溫度可以降低，并且鍵合質(zhì)量可以得到很大提升。設(shè)備鍵合頭能夠在2秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)從室溫到400°C的快速升溫，縮短制程時間。
61系列超高真空常溫鍵合設(shè)備：
采用自主研發(fā)的離子源對晶圓表面進(jìn)行離子攻擊，去除表面臟污和氧化物，形成帶有懸掛鍵的高活性表面。之后，在超高真空環(huán)境下進(jìn)行壓合，兩片晶圓的高活性表面快速反應(yīng)，形成牢固的共價(jià)鍵。此外，設(shè)備還支持原位沉積中間過渡層，以實(shí)現(xiàn)對界面性能的調(diào)控。常溫鍵合無需升降溫，可以降低熱應(yīng)力和潛在缺陷，為異質(zhì)材料融合提供強(qiáng)大的工具支撐。
62系列親水性晶圓鍵合設(shè)備：
對表面親水化處理，在室溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)預(yù)鍵合，然后通過退火工藝實(shí)現(xiàn)永久鍵合。設(shè)備通過迭代優(yōu)化的等離子源實(shí)現(xiàn)均勻、高效的表面活化，保證面內(nèi)均勻的鍵合質(zhì)量和強(qiáng)度，應(yīng)用于SOI、LTOI、LNOT等鍵合襯底的批量化生產(chǎn)。還具備針對cavity晶圓的解決方案，保證高鍵合精度、空腔的高水平真空度與優(yōu)異的密封性能。
63系列熱壓/陽極鍵合設(shè)備：
溫度均勻性最高達(dá)1.2%，最大壓力達(dá)150kN，壓力均勻性達(dá)3%，鍵合后精度優(yōu)于1.5μm，最快升溫速率45℃/min，優(yōu)異的指標(biāo)可以保證鍵合質(zhì)量和效率的雙提升。半自動和全自動機(jī)臺可以滿足從研發(fā)到量產(chǎn)的全流程需求。
64系列臨時鍵合&解鍵合設(shè)備：
提供機(jī)械、熱壓和激光三種解鍵合模式，可以應(yīng)用于不同的場景。全自動臨時鍵合設(shè)備SAB 6410TB集成涂膠、固化、對準(zhǔn)、鍵合，鍵合后TTV優(yōu)于2μm。
95系列超原子束拋光設(shè)備：
獨(dú)特的超原子束技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)亞納米級超精密、低損傷、非接觸表面處理，可以應(yīng)用于各種材料的表面拋光，還可以應(yīng)用于膜厚高精度修整，修整后膜厚均勻性可達(dá)1nm以內(nèi)。
寫在最后
在半導(dǎo)體技術(shù)演進(jìn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，傳統(tǒng)摩爾定律放緩，青禾晶元另辟蹊徑，通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品革新，成功開辟鍵合集成領(lǐng)域的新賽道。其研發(fā)的鍵合設(shè)備矩陣，集成前沿的晶圓翹曲控制、智能化偏移補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度鍵合與高效工藝開發(fā)，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供切實(shí)可行的降本增效方案。
從技術(shù)層面看，青禾晶元多項(xiàng)專利及創(chuàng)新工藝的應(yīng)用，顯著提升了設(shè)備性能與產(chǎn)品良率。從商業(yè)角度而言，其合理的定價(jià)、較短的交付周期，有效降低了客戶的使用成本與時間成本。
展望未來，隨著 5G、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)對鍵合技術(shù)的需求將持續(xù)攀升。青禾晶元有望憑借技術(shù)與市場的雙重優(yōu)勢，深度參與全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)，引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)入全新的發(fā)展階段。
